叶绿素的密度泛函研究

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1、辽宁师范大学硕士学位论文叶绿素的密度泛函研究姓名：朱尊伟申请学位级别：硕士专业：原子与分子物理指导教师：杨忠志2012-05辽宁师范大学硕上学位论文摘要光合作用是地球上最重要的有机合成反应。光合作用吸收能量的速率非常大，大概是1015瓦，这几乎是人类所用能量总功率的6倍。有了光合作用，地球上的生物才得以进化，人类文明才得以延续。因为光合作用如此重要，光合作用机制已经成为许多实验和理论工作的焦点。研究光合作用，对于基础理论和新技术的发展都有着重要的意义。在发现紫色嗜酸光合细菌Acidiphiliumrubrum之前，人们一直以为光合生物中只有含镁的叶

2、绿素和细菌叶绿素。，这种细菌中只有少量的镁细菌叶绿素a(Mg—BChla)，它用一种像细菌叶绿素a的色素来作为主要色素，但这种叶绿素的中心金属是锌原子。我们称这种含有锌的色素为锌细菌叶绿素(Zn．BChla)。自从发现这种特殊的叶绿素后，人们对其进行了大量的实验和理论研究。虽然锌的原子质量比镁的大两倍多，但Zn2+和M92十离子半径分别为O．88A和0．86A，两者非常相似。因此Mg—BChla和Zn—BChla有着非常相似的但又细微差别的分子性质。本文采用密度泛函理论方法。首先，分析了不同氨基酸残基对Mg．BChla和Zn．BChla吸收光谱和氧

3、化还原势等性质的影响。然后，研究了锌叶绿素在不同溶剂分子中配位情况。最后，从氧化还原势的变化上解释了叶绿素在金属原子选择方面的特殊性。通过研究我们得出，当谷氨酸与细菌叶绿素配位时，细菌叶绿素会是一个很好的电子给体。Mg—BChla和Zn．BChla的吸收光谱非常相似，这也是锌叶绿素可以作为光合色素的重要原因。锌叶绿素在溶剂中只存在四配位和五配位的情况。当叶绿素中的镁被替换成锌以外的金属原子时，．氧化还原势变化很大。所以，在自然乔中不存在除含镁和锌等其它金属原予的叶绿素。关键词：密度泛函；叶绿素；氧化还原势辽宁师范大学硕士学位论文——————————

4、--—————————————————————一一———————————————————————————————————————————————————————————————————一DFTStudiesonChlorophyllAbstractPhotosynthesisiSthemtostimportantorganicsynthesisreactiononearth．Therateofenergycapturebyphotosynthesisisverylarge，whichisaboutsixtimeslargerthanthepower

5、consumptionofhumancivilization．Itisbythephotosynthesisthatbiologyonearthcanevolveandhumancivilizationisabletocontinue．Becauseofit’Simportance，themechanismofphotosynthesishasbeenthefocusofmanyexperimentalandtheoreticalworks．Understandinghowlivingsystelnsoperatetoconvertsolarene

6、rgyintochemicalenergyisimportantnotonlyfromthepointoffundamentalresearchbutalsoforthedevelopmentofnewtechnologies．Untilthediscoveryofanacidophilicpurplephotosyntheticbacterium．Acidiphiliumrubrum，ithadbeenbelievedthatonlyMg—containingpigments，chlorophyllsandbacteriochlorophylls

7、areused[innaturalphotosynthesis．AcidiphiliumrubrumhasapigmentlikebacteriochlorophyllathatcontainsZnasacentralmetalasthemajorpigment、历tllasmallpercentageofMg-BChla．WecallthisnaturalZn—containingpigmenthereZn-bacteriochlorophylla(Zn-BChla)．Sincethediscoveryofthisspecialchlorophy

8、ll，alargenumberofexperimentalandtheoreticalstudieshavebeendon